Trwają prace nad rolnictwem kosmicznym nowej generacji
Minęło 12 lat, od kiedy ESA uruchomiła EMCS, eksperymentalne laboratorium poświęcone badaniom biologii roślin w środowiskach o zmniejszonej grawitacji. Przez te wszystkie lata naukowcy mogli dowiedzieć się, w jaki sposób rośliny wyczuwają kierunek nawet bardzo słabej grawitacji, jak grawitacja wpływa na procesy molekularne regulujące wzrost roślin lub jak światło wpływa na proliferację komórek i rozwój roślin w przypadku braku grawitacji. Jak zauważa dr Ann-Iren Kittang Jost, kierownik ds. badań w CIRIS, system EMCS nie jest jednak doskonały. „Systemy na ISS, które umożliwiają prowadzenie eksperymentów i testowanie technologii w symulowanej grawitacji Księżyca lub Marsa przy użyciu wirówki, oferują ograniczoną przestrzeń do uprawy roślin. Ponadto woda jest wstrzykiwana lub przepływa przez ciekłe systemy, w których składniki odżywcze są dostarczane poprzez powolne uwalnianie w ośrodku. Głównym problemem jest to, że pozwala to na bardzo ograniczone kontrolowanie składników odżywczych dostępnych dla roślin i utrudnia badanie dynamiki składników odżywczych w okresie wzrostu”. W 2015 r. dr Kittang Jost rozpoczęła koordynowanie projektu TIME SCALE (Technology and Innovation for Development of Modular Equipment in Scalable Advanced Life Support Systems for Space Exploration) w celu rozwiązania tego problemu. Konsorcjum projektu opracowało większe komory do uprawy roślin wraz z podsystemem zarządzania odzyskiwaną wodą i substancjami odżywczymi (WNM) z czysto ciekłym podłożem. Pomimo swojego potencjału WNM jest jednym z najtrudniejszych podsystemów, jeżeli chodzi o pracę w warunkach zmniejszonej grawitacji. „Jest to obszar wymagający licznych testów technologii w celu zdobycia rzetelnej wiedzy i doświadczenia, które będą korzystne dla przyszłych zamkniętych systemów wspomagania regeneracji życia (CRLSS) w eksploracji przestrzeni kosmicznej”, mówi dr Kittang Jost. Aby wykorzystać wszystkie szanse, zespół opracował koncepcje i stanowisko testowe do uprawy roślin i glonów. Uczeni stworzyli wieloczujnikowy system jonowy, który umożliwia monitorowanie jonów składników odżywczych, oraz system kamer połączony z kompaktowym chromatografem gazowym, służący do wczesnego wykrywania stresu u roślin. Narzędzia te nie tylko dostarczają danych naukowych w czasie rzeczywistym, ale również umożliwiają wdrożenie systemów regulacji lub wczesnych środków korygujących w systemie upraw. „Stanowisko upraw jest najważniejszym rezultatem projektu, ale wśród innych osiągnięć można także wymienić: znalezienie optymalnej receptury hodowli roślin; zaobserwowanie wpływu stężenia azotanów w roztworze odżywczym na transpirację sałaty; opracowanie systemu monitorowania zdrowia, łączącego kamery i analizatory gazów; opracowanie nowych technologii, takich jak wieloczujnikowe systemy jonowe i kompaktowe GC analizujące płyny i gazy, nadające się zarówno do zastosowań ziemnych, jak i kosmicznych”, tłumaczy dr Kittang Jost. Trzy z tych rozwiązań zostały już lub wkrótce powinny zostać wprowadzone na rynek: zmodernizowany system kompaktowej chromatografii gazowej (GC); jedyny w swoim rodzaju, zautomatyzowany analizator wielojonowy z EC i pH; a także system kamer do monitorowania zdrowia roślin, który jest obecnie przedmiotem prac związanych z umową licencyjną. Mimo że projekt został już zakończony, partnerzy TIME SCALE będą nadal rozwijać systemy upraw roślin i glonów na potrzeby ISS i przyszłych misji kosmicznych. „Powstanie spółka spin-off, która skupi się na systemach zarządzania wodą i substancjami odżywczymi oraz na systemie obrazowania zdrowia roślin”, podsumowuje dr Kittang Jost. „Nowa wiedza i innowacyjne technologie będące efektem inicjatywy TIME SCALE otwierają drogę do realizacji nowych potencjalnych projektów badawczo-rozwojowych mających na celu zrównoważoną produkcję żywności na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej”.
Słowa kluczowe
TIME SCALE, rolnictwo kosmiczne, EMCS, uprawa, ISS, glony, składniki odżywcze, eksploracja przestrzeni kosmicznej